最小の電気化学バブル

触媒作用またはエネルギー変換と貯蔵の文脈において関連する多くの電気化学プロセスは、ガスの生成を含みます。これは往々にして、インターフェースでのバブルの核形成を伴い、電気活性領域のブロックが過電圧やオーム損失を引き起こします。ナノ電極は、バブル形成を抑制することによってこの効果を逆転させる資産として考えられています。しかし、実験結果は、ナノバブルが核形成し、ナノスケールの電極に付着し、3 nmから数十マイクロンの広範囲でサイズと印加電圧に依存しない電流の制限を課すことを示しています。ここでは、ガスの電気化学的生成を含む分子シミュレーションを用いて、直径が単一原子までのディスク電極の電流応答を調査します。我々の分析は、1 nmのナノ電極が同じバイアスで4桁大きい面積を持つ電極が供給する電流の2倍を提供できることを明らかにします。この抽出された電流の増加は、ガス相の不安定化の結果です。表面ナノバブルの大きなポテンシャルは、2 nm未満の支持体上では熱力学的に安定した状態に到達できないことを示しています。その結果、電気活性領域は溶液にアクセス可能になり、電流は電極半径に敏感であることがわかります。このようにして、我々のシミュレーションは、ナノ電極には単一原子と約3 nmの間に最適なサイズがあり、ガス生成を最適化することを確立します。